秦衛(wèi)濤

（國(guó)網(wǎng)能源哈密煤電有限公司，新疆 哈密 839000）

煤炭開(kāi)采具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性特點(diǎn)，大部分作業(yè)都要在井下進(jìn)行，所以存在諸多安全隱患。如果控制不當(dāng)，不僅會(huì)阻礙開(kāi)采作業(yè)有序進(jìn)行，還會(huì)對(duì)從業(yè)人員生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。另外，新時(shí)期煤礦開(kāi)采逐漸向機(jī)械化趨勢(shì)發(fā)展，雖然在一定程度上提高了作業(yè)效率和質(zhì)量；但由于井下條件復(fù)雜多樣，陰暗潮濕，所以會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備、電線電纜穩(wěn)定運(yùn)行造成不良影響。為了避免煤礦開(kāi)采過(guò)程出現(xiàn)大面積停電等事故，需要煤礦企業(yè)采取針對(duì)性措施解決供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問(wèn)題，確保機(jī)械設(shè)備和電線電纜安全運(yùn)行，為煤礦企業(yè)有序作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

1 煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)越級(jí)跳閘的原因

1.1 保護(hù)控制裝置出現(xiàn)問(wèn)題

保護(hù)控制裝置是煤礦開(kāi)采機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分，可以為供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，有利于將潛在隱患杜絕在根源處，是促進(jìn)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置，其重要性不言而喻。所以在煤礦開(kāi)采作業(yè)中，需要結(jié)合實(shí)際情況合理選擇保護(hù)控制裝置，確保其性能滿足安全生產(chǎn)需求，從而為供電系統(tǒng)安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。然而，由于井下環(huán)境復(fù)雜多樣，加上煤礦開(kāi)采作業(yè)量較大，所以容易導(dǎo)致保護(hù)控制裝置在溫濕度等因素影響下降低性能，產(chǎn)生故障問(wèn)題，無(wú)法充分能發(fā)揮其預(yù)警功能和保護(hù)作用，這也是造成煤礦供電系統(tǒng)產(chǎn)生越級(jí)跳閘的主要原因之一。

1.2 受到礦井內(nèi)部環(huán)境的影響

煤礦開(kāi)采大部分作業(yè)都需要在井下進(jìn)行，上文提到，井下環(huán)境陰暗潮濕、空間狹窄、空氣流動(dòng)差，容易對(duì)供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成不良影響，導(dǎo)致電力設(shè)施運(yùn)行異常，產(chǎn)生一系列故障問(wèn)題，不僅影響井下作業(yè)有序進(jìn)行，還會(huì)為作業(yè)人員生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。另外，電力設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中受諧波干擾會(huì)產(chǎn)生誤操作現(xiàn)象，這也是引發(fā)電力系統(tǒng)越級(jí)跳閘的常見(jiàn)因素，需要電力企業(yè)給予高度重視，采取有效措施控制礦井環(huán)境。

1.3 開(kāi)關(guān)控制電源出現(xiàn)問(wèn)題

由于煤礦開(kāi)采環(huán)境復(fù)雜，所以防爆開(kāi)關(guān)通常不設(shè)置專用電源或者后備電源，而是直接與主電路開(kāi)關(guān)電源相連接。這也導(dǎo)致煤礦開(kāi)采過(guò)程中，一旦主電路產(chǎn)生故障問(wèn)題，會(huì)直接影響控制防爆開(kāi)關(guān)正常運(yùn)行，導(dǎo)致保護(hù)裝置工作異常，從而引發(fā)供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘。

2 防越級(jí)跳閘的系統(tǒng)

2.1 解決方案

通過(guò)上文分析可以看出，受多種因素影響，導(dǎo)致供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，并成為困擾煤礦企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的一大難題?，F(xiàn)階段，并沒(méi)有很好的技術(shù)能夠切實(shí)解決該問(wèn)題，已經(jīng)嚴(yán)重影響煤礦作業(yè)安全性和有序性。針對(duì)這一問(wèn)題，相關(guān)專家和學(xué)者紛紛將研究重點(diǎn)放在構(gòu)建防越級(jí)跳閘保護(hù)系統(tǒng)上，旨在為礦井安全作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

通過(guò)構(gòu)建防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，能夠使變電站電氣設(shè)備產(chǎn)生的信息有效傳遞、實(shí)時(shí)共享。同時(shí)，可以描述變電站二次功能模型和變電站系統(tǒng)模型，通過(guò)對(duì)站控層、過(guò)程層以及間隔層有效處理，達(dá)到站內(nèi)設(shè)備科學(xué)管控目標(biāo)。該系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：第一，能夠?qū)ΦV井供電系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)收集、實(shí)時(shí)共享。第二，將第三方裝置與防越級(jí)系統(tǒng)連接在一起，可以為系統(tǒng)擴(kuò)容提供便利。第三，系統(tǒng)支持光纖以太網(wǎng)，可以與電子互感器相互通信。第四，能夠減少一次電纜、二次設(shè)備利用率，有利于降低后期維護(hù)成本。第五，系統(tǒng)改造簡(jiǎn)單、便捷，擴(kuò)充便捷。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在防越級(jí)跳閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用不同單片機(jī)需要應(yīng)用到不同的微機(jī)保護(hù)硬件電路。并且不同保護(hù)對(duì)象所需的硬件設(shè)備也存在差異。新時(shí)期背景下，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，單片機(jī)和集成電路芯片發(fā)展速度也隨之加快，為優(yōu)化和完善硬件保護(hù)裝置奠定良好基礎(chǔ)，促進(jìn)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)逐漸由以往單個(gè)八位CPU系統(tǒng)，發(fā)展成多個(gè)八位單片機(jī)構(gòu)成的保護(hù)系統(tǒng)。單片機(jī)具有穩(wěn)定性高、集成效果好等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到防越級(jí)跳閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，能夠有效提高帶供電系統(tǒng)抗干擾能力，促進(jìn)電力設(shè)備安全運(yùn)行。

防越級(jí)跳閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從實(shí)質(zhì)上分析，就是開(kāi)發(fā)一個(gè)具備繼電保護(hù)功能的系統(tǒng)，要想保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，離不開(kāi)硬件設(shè)施的支撐，包括主機(jī)系統(tǒng)、CPU處理器、計(jì)算機(jī)、電源、傳感器等。在硬件設(shè)施運(yùn)行過(guò)程中，傳感器接收模擬量信號(hào)后，會(huì)傳遞智能節(jié)點(diǎn)和通信接口，而后利用地面計(jì)算機(jī)對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)，向智能節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令。在此基礎(chǔ)上，智能節(jié)點(diǎn)會(huì)輸出開(kāi)關(guān)量，使系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)指令，通過(guò)接通或斷開(kāi)計(jì)算器，完成信號(hào)處理相關(guān)工作。

眾所周知，在煤礦供電系統(tǒng)中的線路電流增加時(shí)，所有裝置都會(huì)產(chǎn)生電流增大的信號(hào)。通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)將信號(hào)傳給地面主機(jī)，利用軟件系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，如果處理結(jié)果顯示供電系統(tǒng)跳閘，地面主機(jī)會(huì)將信號(hào)反饋給智能節(jié)點(diǎn)，而后由智能節(jié)點(diǎn)通知執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成故障處理工作。結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行水平來(lái)看，不僅能夠?qū)╇娤到y(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)收集、分析和處理，還能夠與地面計(jì)算機(jī)有效連接，保證通信正常。將處理后的數(shù)據(jù)按照時(shí)間順序輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，能夠長(zhǎng)時(shí)間保存數(shù)據(jù)，利用CAN總線，將處理和爆出的數(shù)據(jù)傳入地面計(jì)算機(jī)中，能夠?qū)?shù)據(jù)科學(xué)管理，有利于及時(shí)判斷煤礦供電系統(tǒng)存在的問(wèn)題和隱患，有利于為煤礦企業(yè)管理電力設(shè)備、調(diào)查各種事故提供保障。

3 國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的防越級(jí)跳閘技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展?fàn)顩r

3.1 地面通信保護(hù)法

地面通信保護(hù)是利用地面開(kāi)關(guān)和監(jiān)控主機(jī)保護(hù)器，達(dá)到理想通信效果。在獲取開(kāi)關(guān)電流信號(hào)基礎(chǔ)上，能夠?qū)λ虚_(kāi)關(guān)進(jìn)行定值操作，如此則可以確定電力系統(tǒng)短路具體位置，并從監(jiān)控主機(jī)發(fā)出指令，不僅能夠控制短路位置的上級(jí)開(kāi)關(guān)，還能夠通過(guò)跳閘方式切斷線路。計(jì)算機(jī)在供電系統(tǒng)故障判斷、保持通信以及指令發(fā)送過(guò)程中需要將時(shí)間控制在合理范圍內(nèi)。開(kāi)關(guān)保護(hù)器在20ms時(shí)間內(nèi)能夠迅速啟動(dòng)速斷跳閘裝置。但是，由于計(jì)算機(jī)發(fā)出指令運(yùn)用的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出保護(hù)器速斷跳閘時(shí)間，所以需要選擇特殊保護(hù)器，將其應(yīng)用到地面通信系統(tǒng)中，在保證通信狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，可以將本地保護(hù)工作取消。如果通信狀態(tài)不穩(wěn)定，則需要切換本地保護(hù)功能。

3.2 運(yùn)用智能配網(wǎng)解決越級(jí)跳閘

新時(shí)期背景下，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，將智能技術(shù)與防越級(jí)跳閘裝置有機(jī)融合，能夠有效提高電力設(shè)施運(yùn)行安全性。眾所周知，煤礦井下系統(tǒng)本身具備高壓微機(jī)保護(hù)線路和設(shè)施設(shè)備。例如，總線S485就是煤礦井下系統(tǒng)中的重要組成部分，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將該通信設(shè)備轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)，同時(shí)在防越級(jí)跳閘設(shè)備所需的保護(hù)系統(tǒng)安裝防爆交換機(jī)，能夠使電能順利接入煤礦井下電力系統(tǒng)中。除此之外，相對(duì)傳統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)而言，智能化配網(wǎng)不僅性能良好，而且安裝維護(hù)便捷，可以從根本上解決供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問(wèn)題，有利于為煤礦井下作業(yè)安全進(jìn)行奠定良好基礎(chǔ)。

3.3 運(yùn)用集成保護(hù)解決越級(jí)跳閘

集成保護(hù)需要對(duì)煤礦井下作業(yè)中所有電力設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)等，將這些數(shù)據(jù)輸入地面保護(hù)裝置中，能夠?yàn)槊旱V作業(yè)管理奠定良好基礎(chǔ)。與此同時(shí)，集成保護(hù)還能夠從根源上避免電力波動(dòng)問(wèn)題，有效降低供電系統(tǒng)越級(jí)跳閘問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤礦開(kāi)采過(guò)程中，由于井下環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)管理粗放，導(dǎo)致電力設(shè)施在各種因素影響下產(chǎn)生故障，使得供電系統(tǒng)出現(xiàn)越級(jí)跳閘問(wèn)題。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)安全事故，對(duì)電力設(shè)備和工作人員造成不良影響。為了避免煤礦開(kāi)采過(guò)程出現(xiàn)大面積斷電問(wèn)題，不僅需要做好井下電力設(shè)施監(jiān)督、檢查工作，還要利用現(xiàn)代化技術(shù)構(gòu)建防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行，為電力設(shè)施提供保護(hù)，促進(jìn)井下作業(yè)安全進(jìn)行，促進(jìn)煤礦企業(yè)采礦作業(yè)向智能化、機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)不斷進(jìn)步。